第10讲、中高碳钢棒线材的加热特点及脱碳层控制技术

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1、2021/7/151第10讲：中高碳钢棒线材脱碳控制技术2021/7/152一、控制轧制与线材的加热特点二、控制冷却三、脱碳层控制技术2021/7/153一、控制轧制与线材的加热特点1、棒线材的控制轧制（CR）随着线材轧制速度的提高，轧后控制冷却成为必不可少的一部分。轧制温度的控制主要取决于加热温度、开轧温度。为满足用户对线材的高精度、高质量要求，高速线材轧机得到发展。有的在高速线材精轧机组前增设预冷段（可降低轧件温度100℃）及在精轧机组各机架间设水冷导卫装置，以降低轧件出精轧机组的温度等。2、线材控温轧制的优点：1）、减少脱碳；2）、控制晶粒尺寸；3）、改善钢的冷变形性能；4）、

2、控制抗拉强度及显微组织；5）、取消热处理及控制氧化铁皮。2021/7/1553、棒线材的加热：1）棒线材生产的特点产品特点：断面小，长度大，尺寸精度和表面质量要求较高。生产特点：增大盘重、减小线径和提高质量、精度二者是相互矛盾的。这是由于盘重增加和线径减小，导致轧件长度和轧制时间增加，从而又使轧件终轧温度降低，首尾温差加大，结果造成轧件首尾尺寸公差和性能不均。为解决上述矛盾，必须尽量增加轧制速度。目前线材轧机成品出口速度已达100m/s以上。线材轧机的高速是通过小辊径、高转速得到的。目前新式线材精轧机轧辊辊径仅为φ152mm，而轧制速度高达140m/s。2021/7/1562021/

3、7/1572）现代化高速棒线材轧机的特点及要求特点：坯重大，坯料长，首尾温差大。要求：加热温度均匀，温度波动范围小。理想的加热温度是钢坯各点到达第一架轧机时其轧制温度始终一样。对高碳钢而言，一般开轧温度为900~1050℃，精轧机组入口轧件温度为900~950℃，出口轧件温度为900~1050℃。2021/7/1582021/7/1592021/7/15103）采取方法及加热的要求采用步进式加热炉加热。要求：1）氧化脱碳少；2）钢坯不发生扭曲；3）不产生过热、过烧等加热缺陷，对易脱碳的钢，要严格控制高温段的停留时间，采取低温、快热，为减少轧制温降，加热炉应尽量靠近轧机。通常是将钢坯两

4、端的温度提高一些，通常钢坯两端比中部加热温度高30～50℃。2021/7/1511二、棒线材生产中的控制冷却1、控制冷却的原理：所谓控制冷却，就是利用热轧后的轧件余热，以一定的控制手段控制其冷却速度，从而获得所需要的组织和性能的冷却方法。在线材生产过程中，线材轧后冷却的温度和冷却速度决定了线材内在组织、力学性能及表面氧化铁皮数量，对产品质量有极其重要的影响，所以线材轧后如何冷却，是产品质量控制的关键环节之一。现代化的高速线材轧机：终轧速度高达100m/s以上；终轧温度高于1000℃，盘重达到2～3吨。如果采用自然冷却，不仅使冷却时间加长，厂房、设备增大，而且会加剧盘卷内外温差，导致冷

5、却极不均匀；并使得成品组织晶粒粗大而不均匀；表面氧化铁皮过厚；线材全长上的性能波动较大。对于中高碳钢的线材，冷却缓慢还容易引起二次脱碳。因此，对高速线材轧机，为了克服上述缺陷，提高产品质量，实现热轧后的控制冷却是必不可少的。2021/7/15122、线材控制冷却的主要优点（1）提高了线材的综合机械性能，改善其在长度方向上的均匀性；（2）改善金相组织，使晶粒细化；（3）减少氧化损失，缩短酸洗时间；（4）降低线材轧后温度，提高产品质量，有利于线材二次加工。2021/7/1514三、脱碳层的控制技术1、脱碳层的基本概述：1）脱碳现象脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象。钢中碳在高温下会与氢或

6、氧发生作用生成甲烷或一氧化碳。加热造成的脱碳保留到钢材上就称之为脱碳缺陷。钢材表面脱碳层厚度称为脱碳层深度。2）脱碳与氧化钢铁在加热的情况下，表面同时发生两种化学变化。a：脱碳。b：氧化。当环境中氧气含量充分时，氧化程度要大于脱碳，表面就形成氧化皮，如锻造过程中出现的大面积氧化皮。随着加热温度的提高，脱碳层的深度不断增加。一般低于1000℃时，钢表面的氧化皮阻碍碳的扩散，脱碳比氧化慢，但随着温度升高，一方面氧化皮形成速度增加；另一方面氧化皮下碳的扩散速度也加快，此时氧化皮失去保护能力，达到某一温度后脱碳反而比氧化快。2021/7/15152021/7/1516脱碳层示意图2021/7

7、/15173）脱碳层存在的危害脱碳层的形成，对主要的中高碳钢棒线材如滚动轴承钢、工具钢和弹簧钢等，对其抗拉强度，尤其是疲劳强度将产生严重的影响。原因如下：（1）表面脱碳后，脱碳的表面层形成犬牙状铁素体嵌入基体中，降低表面硬度；（2）内外膨胀系数不同，淬火时容易出现裂纹；（3）用于冷拉的线材，由于内外组织差异，会增加变形抗力；（4）一些对表面硬度要求高的零件，因脱碳降低其耐磨性、切削性和弹性等。故对中高碳钢棒线材，应严格控制其表面脱碳层的深度。2021/7/